3D打印導(dǎo)板輔助與徒手寰樞椎弓根釘置入比較

姜澤威，湯舒婷，周紀(jì)平*，姚樹強(qiáng)，叢 波，劉 彬，吳 瑞，李佳佳，譚明生，譚遠(yuǎn)超

（1.山東省文登整骨醫(yī)院，山東威海264400；2.中日友好醫(yī)院，北京100020）

手術(shù)治療寰樞椎骨折或脫位常采用頸后路椎弓根釘內(nèi)固定，以求恢復(fù)頸椎正常的椎間高度和曲度［1］。如何安全精確的置入寰樞椎椎弓根螺釘一直是脊柱外科的難題［2］。上頸椎椎弓根細(xì)小，一次置釘失敗更增加置釘?shù)碾y度［3］，且再次成功置入的椎弓根螺釘把持力也會下降。近年來數(shù)字骨科技術(shù)飛速發(fā)展，在3D打印導(dǎo)板輔助下置釘使得手術(shù)方式個(gè)體化、操作精準(zhǔn)化［4，5］。本研究回顧性分析2018年01月～2019年12月采用頸后路椎弓根釘內(nèi)固定治療的54例寰樞椎骨折脫位病例，比較3D打印導(dǎo)板技術(shù)輔助與常規(guī)C形臂X線機(jī)透視下徒手置釘?shù)男Ч?，?bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）診斷為寰樞椎骨折或脫位；（2）無手術(shù)禁忌證，可耐受手術(shù)治療；（3）同意參加本項(xiàng)研究，并簽定知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）影像學(xué)檢查顯示極度細(xì)小或畸形椎弓根，無法置入椎弓根釘；（2）合并嚴(yán)重基礎(chǔ)疾病，存在手術(shù)禁忌證。

1.2 一般資料

2018年01月～2019年12月行寰樞椎手術(shù)的患者54例符合上述標(biāo)準(zhǔn)，納入本研究。其中，女16例，男38例，年齡25～56歲，平均（43.32±6.71）歲。骨折脫位41例，先天發(fā)育畸形9例，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis,RA）4例?；颊咝g(shù)前均表現(xiàn)頸枕活動受限、疼痛；骨折脫位41例中，32例存在脊髓損害癥狀。根據(jù)術(shù)前醫(yī)患溝通結(jié)果，25例采用導(dǎo)板輔助置釘（導(dǎo)板組），29例采用徒手置釘（徒手組）。兩組患者術(shù)前一般資料見表1，兩組在年齡、性別、病因、病程、美國脊髓損傷協(xié)會（Ameri?can Spinal Injury Association,ASIA）神經(jīng)功能評級的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），本研究獲醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均知情同意。

表1 兩組患者術(shù)前一般資料與比較

1.3 打印導(dǎo)板的制作

導(dǎo)板組患者術(shù)前行頸椎CT平掃（圖1a，1b）十MPR重建，掃描圖像存為Dicom格式。將CT數(shù)據(jù)在mimics軟件合成三維模型（圖1c），確認(rèn)椎弓根釘?shù)姆较蚪嵌燃伴L度，居中穿過椎弓根，無誤后將頂棒長度調(diào)節(jié)到高于椎體表面20 mm，設(shè)置直徑為5 mm，復(fù)制一份釘棒，并將直徑加粗到8 mm，進(jìn)行布爾運(yùn)算得到導(dǎo)向筒，以STL格式導(dǎo)出椎體模型，導(dǎo)入至soildworks軟件，在椎體表面選取好最佳的面積區(qū)塊之后，復(fù)制得到薄片，經(jīng)過光滑處理，邊緣裁剪等一系列光順處理，將其加厚到2.5 mm，得到加厚面片并導(dǎo)出STL格式，在mimics軟件中導(dǎo)入S1，并導(dǎo)入設(shè)計(jì)好的拱形支撐，將拱門調(diào)整到既能穩(wěn)定連接兩片加厚面片，又可以方便術(shù)者術(shù)中穩(wěn)定把持的方位，隨后在拱門上方建立一個(gè)直徑為6 mm、長度45 mm的把持柱，在mimics軟件中進(jìn)行布爾組合運(yùn)算，再進(jìn)行布爾差值運(yùn)算，最終形成導(dǎo)板。將設(shè)計(jì)好的導(dǎo)板文件導(dǎo)入3D打印機(jī)（stratasys SLS4500，美國）進(jìn)行打印及后處理，消毒備用（圖1b）。

1.4 手術(shù)方法

導(dǎo)板組：氣管插管全麻后給予顱骨牽引，縱向牽引力維持，安全的翻身，避免骨折或脫位斷端移位壓迫脊髓，取俯臥位，給予2.5 kg沙袋維持牽引。消毒鋪巾，取髂骨塊及松質(zhì)骨備用。頸后切口，顯露樞椎棘突、椎板及寰椎后弓，盡可能剝離干凈軟組織，將導(dǎo)板與骨性結(jié)構(gòu)緊密貼附降低誤差。這時(shí)一助在置釘過程中需要保持著一定壓力將導(dǎo)板固定（圖1e），避免漂浮，主刀用電鉆帶1.5 mm的克氏針沿導(dǎo)板設(shè)定的方向開口進(jìn)入，當(dāng)克氏針進(jìn)入骨皮質(zhì)后，C臂透視確認(rèn)和既定方向是否一致，以確保椎弓根皮質(zhì)不破裂，當(dāng)克氏針進(jìn)入椎弓根長度接近術(shù)前虛擬測量長度，退出導(dǎo)板和克氏針，絲攻擴(kuò)大通道，球探探查無誤后置入椎弓根螺釘。

徒手組：無導(dǎo)板輔助徒手置釘，透視確認(rèn)螺釘位置。行12～16 cm頸后正中切口，顯露寰椎后弓、樞椎椎板、側(cè)塊。寰椎后弓中線旁開約20 mm后弓的中部取進(jìn)釘點(diǎn)，開路錐沿頭傾5°、內(nèi)傾10°的方向，置備釘?shù)?，每進(jìn)入5 mm球探探查四壁。顯露樞椎椎弓根內(nèi)外側(cè)緣與側(cè)塊的交點(diǎn)，以兩點(diǎn)連線的中點(diǎn)作縱垂線；再以橫突后支與下關(guān)節(jié)突外緣交點(diǎn)作水平線，兩線的交點(diǎn)向外1～2 mm處即為進(jìn)釘點(diǎn)，釘?shù)纼?nèi)傾角為 25°～30°，頭傾角為 20°～25°。每進(jìn)入 5 mm 球探探查四壁均為骨性后繼續(xù)，安放定位針，術(shù)中透視，如定位針位置不佳則調(diào)整鉆探方向，直至釘?shù)牢恢脻M意，擰入椎弓根螺釘。

置釘后兩組病例均行術(shù)中X線透視，確定各螺釘位置準(zhǔn)確安全后，安放連接桿，螺帽壓緊，3 000 ml生理鹽水沖洗切口，將骨塊進(jìn)行修剪，安放于寰樞椎后方，并在髂骨塊周圍填放大量松質(zhì)骨植骨。切口留置引流管1根，逐層關(guān)閉切口。

1.5 評價(jià)指標(biāo)

記錄圍手術(shù)期資料，包括出血量、透視次數(shù)及螺釘置入時(shí)長。采用頸肩部疼痛視覺模擬評分（visual analogue scale,VAS）、日本骨科協(xié)會（Japanese Ortho?paedic Association,JOA）頸椎評分和ASIA評級評價(jià)臨床效果。行影像檢查，使用Lu等［7］提出的置釘準(zhǔn)確度評價(jià)法，0級：螺釘完全在椎弓根內(nèi)；I級：螺釘穿出椎弓根壁2 mm內(nèi)或不足螺釘直徑的一半；II級：螺釘穿出椎弓根壁超過2 mm且不足4 mm，或超過螺釘直徑的一半；III級：螺釘穿出椎弓根壁超過4 mm。測量寰椎-齒狀突間隙（atlantodental inter?val,ADI） 和脊髓空間 （space available for cord,SAC） 。觀察植骨融合情況與內(nèi)固定物改變。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量數(shù)據(jù)以±s表示，資料呈正態(tài)分布時(shí)，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)時(shí)間點(diǎn)間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法；資料呈非正態(tài)分布時(shí)，采用秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)或Fisher精確檢驗(yàn)。等級資料兩組間比較采用Mann-whitney U檢驗(yàn)，多個(gè)時(shí)間點(diǎn)間比較采用Kendall檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圍手術(shù)期情況

54例手術(shù)均順利完成，術(shù)中未出現(xiàn)椎動脈及脊髓損傷。導(dǎo)板組未發(fā)生靜脈叢損傷，而徒手組3例患者術(shù)中出現(xiàn)靜脈叢損傷而出血明顯。兩組圍手術(shù)期資料見表2，兩組手術(shù)時(shí)間及出血量的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），導(dǎo)板組的透視次數(shù)、單釘置入時(shí)間明顯少于徒手組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），兩組住院時(shí)間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表2 兩組患者圍手術(shù)期資料（±s）與比較

表2 兩組患者圍手術(shù)期資料（±s）與比較

指標(biāo)手術(shù)時(shí)間（m i n）術(shù)中出血量（m l）透視次數(shù)（次）單釘置入時(shí)間（m i n）住院時(shí)間（d）導(dǎo)板組（n=2 5）1 6 9.8 4±2 1.4 6 3 1 0.3 0土3 2.3 9 3.7 5±1.2 1 2.2 3±0.4 5 1 5.3 2±1.3 4徒手組（n=2 9）1 7 2.7 6±2 8.4 0 3 2 1.8 6±2 5.6 4 9.4 6+2.7 1 3.4 6±0.7 2 1 5.2 1±1.2 7 P值0.6 7 6 0.1 4 9<0.0 0 1<0.0 0 1 0.7 5 8

術(shù)后徒手組2例患者出現(xiàn)枕頸部疼痛，可能術(shù)中刺激到C2神經(jīng)根，給予普瑞巴林及脫水消腫藥物治療后癥狀緩解。導(dǎo)板組均未出現(xiàn)術(shù)后枕頸部疼痛。兩組患者手術(shù)切口均一期愈合，無切口或深部感染。

2.2 隨訪結(jié)果

所有患者均獲隨訪，隨訪時(shí)間12～24個(gè)月。兩組患者隨訪資料見表3，隨時(shí)間推移，兩組患者的VAS評分均顯著減少（P<0.05），而JOA頸椎評分均顯著增加（P<0.05），ASIA神經(jīng)功能評級均顯著改善（P<0.05）。相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)，兩組VAS、JOA評分和ASIA評級的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表3 兩組患者隨訪結(jié)果與比較

隨訪過程中，兩組患者均未發(fā)生再骨折，無再次手術(shù)翻修或死亡病例出現(xiàn)。未次隨訪時(shí)，導(dǎo)板組25例中，15例完全無痛，8例活動時(shí)輕度疼痛，2例明顯疼痛；17例行走正常，6例輕度跛行，2例明顯跛行；14例上頸椎活動正常，9例活動輕度受限，2例活動明顯受限；17例恢復(fù)傷前或病前運(yùn)動和勞動能力，8例未達(dá)至傷前或病前運(yùn)動勞動能力水平。徒手組29例中，17例完全無痛，9例活動時(shí)輕度疼痛，3例明顯疼痛；19例行走正常，7例輕度跛行，3例明顯跛行；16例上頸椎活動正常，10例活動輕度受限，3例活動明顯受限；19例恢復(fù)傷前或病前運(yùn)動和勞動能力，10例未達(dá)至傷前或病前運(yùn)動勞動能力水平。

2.3 影像評估

兩組影像資料見表4。術(shù)后CT影像顯示導(dǎo)板組置釘準(zhǔn)確率（96.00%）顯著優(yōu)于徒手組（88.79%）（P<0.05）。與術(shù)前相比，術(shù)后1周和末次隨訪時(shí)兩組患者ADI顯著減小（P<0.05），而 SAC顯著增加（P<0.05）；與術(shù)后1周相比，末次隨訪時(shí)兩組患者寰椎-齒狀突間隙（atlantodental interval,ADI）和脊髓空間（space available for cord,SAC）均無顯著變化（P>0.05）。相同時(shí)間點(diǎn)，兩組間ADI和SAC的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。至末次隨訪時(shí)，兩組患者均達(dá)到C1-C2骨性融合，內(nèi)固定物無斷釘、松動等不良改變。導(dǎo)板組典型病例影像見圖1。

圖1 患者，男，54歲，頭頸外傷后疼痛、活動受限1 d 1a:術(shù)前矢狀位CT顯示齒狀突基底部骨折，椎管占位 1b:術(shù)前冠狀位CT顯示齒狀突基底部骨折 1c:3D枕頸模型與計(jì)算機(jī)模擬寰樞椎導(dǎo)板 1d:打印出的3D導(dǎo)板，術(shù)中備用 1e:術(shù)中放置導(dǎo)板，引導(dǎo)椎弓釘置入 1f:術(shù)后冠狀位CT顯示C1和C2椎弓釘置入位置良好 1g:術(shù)后6個(gè)月，矢狀位CT顯示C1和C2椎弓釘置入位置良好，C1-C2后側(cè)已骨性融合 1h:術(shù)后18個(gè)月，橫截面CT顯示C1椎弓釘位置良好

3 討論

寰樞椎椎弓根釘固定牢固，復(fù)位后骨折或脫位更為穩(wěn)定，已得到廣泛的應(yīng)用［8，9］。但上頸椎復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，對患者和術(shù)者而言都面臨著極大的風(fēng)險(xiǎn)，特別是椎動脈及脊髓的損傷，其中影響螺釘誤置的因素有［10，11］：（1）寰樞椎個(gè)體差異很大，解剖標(biāo)記結(jié)構(gòu)有限，進(jìn)釘點(diǎn)和進(jìn)釘角度難以掌握，在透視下確定矢狀面的角度，內(nèi)傾角亦不易掌握，且會隨著進(jìn)釘點(diǎn)的偏移而變化；（2）置釘過程中一側(cè)釘?shù)乐脗鋾r(shí)同側(cè)椎板及椎弓根受力，椎體會向同側(cè)旋轉(zhuǎn)偏移，從而影響置釘角度。因此在上頸椎置釘時(shí)必須遵循個(gè)體化原則，而術(shù)前通過3D打印真實(shí)的還原了寰樞椎的形態(tài)，按照既定方向及角度設(shè)定導(dǎo)板輔助椎弓根置釘，大大提高了置釘?shù)木珳?zhǔn)度。

在本研究中，導(dǎo)板組的透視次數(shù)明顯小于徒手組，減少透視對患者及術(shù)者的輻射。術(shù)后CT復(fù)查，在徒手組病例中，有4枚2級螺釘，1枚3級螺釘；而導(dǎo)板組中，0級螺釘達(dá)96.00%，1級達(dá)4.00%，無2級或3級螺釘。導(dǎo)板組的置釘準(zhǔn)確度高于徒手組，說明導(dǎo)板輔助下置釘能提高手術(shù)安全性。徒手組的1枚3級螺釘穿破寰椎內(nèi)壁進(jìn)入椎管，這種偏移可能是災(zāi)難性的，然而該患者術(shù)后未出現(xiàn)明顯神經(jīng)功能障礙，考慮該患者寰椎的椎管空間大，螺釘進(jìn)入未傷及頸髓。雖然導(dǎo)板組置釘精確度高，但3D打印導(dǎo)板還是存在細(xì)小的誤差。出現(xiàn)誤差的原因：（1）若想得到良好的導(dǎo)板貼附，必須徹底剝離寰樞椎后方軟組織，然而實(shí)際中不可能像模型貼附那般緊密，會有軟組織殘留，這會影響導(dǎo)板與骨性結(jié)構(gòu)的貼附。若貼附不緊密，將偏離設(shè)定的最佳進(jìn)釘方向；（2）安放導(dǎo)板后進(jìn)行鉆探釘?shù)罆r(shí)，寰樞椎由于受力會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或微動，助手固定導(dǎo)板不牢，導(dǎo)板亦可能出現(xiàn)漂浮，此時(shí)導(dǎo)板與骨性表面之間的微動將會使鉆探方向發(fā)生偏移，影響置釘準(zhǔn)確度；（3）本研究中CT掃描層厚為1 mm，根據(jù)此CT數(shù)據(jù)在mimics軟件合成三維模型，嚴(yán)格地說得到的3D模型與真實(shí)椎體之間存在微小的差異，最終設(shè)計(jì)出的寰樞椎導(dǎo)板及釘?shù)酪灿形⑿〉恼`差。

總之，在3D打印導(dǎo)板輔助下置入寰椎螺釘技術(shù)具有更高的安全性，使手術(shù)操作相對簡單，透視次數(shù)少，是規(guī)避上頸椎椎動脈及神經(jīng)損傷的安全保障。